水质对弱凝胶调驱体系成胶性能影响因素研究

高本成，闫炳旭，赵家国

（1.中国石油辽河油田公司高升采油厂，辽宁 盘锦124125；2.东北石油大学 提高采收率教育部重点实验室，黑龙江 大庆 163318）

分析测试

水质对弱凝胶调驱体系成胶性能影响因素研究

高本成1，闫炳旭2，赵家国2

（1.中国石油辽河油田公司高升采油厂，辽宁 盘锦124125；2.东北石油大学 提高采收率教育部重点实验室，黑龙江 大庆 163318）

针对辽河油田高18块调驱体系成胶性差，调驱效果不理想的问题，对调驱体系配方浓度进行了筛选，认为凝胶中聚合物浓度范围在0.15%～0.2%，交联剂浓度的范围在0.15%～0.25%时强度最为理想。通过对弱凝胶体系的影响因素考查，配液水水质满足悬浮颗粒含量≤30mg·L-1、粒径中值≤8μm、含油量≤20mg-1、SRB≤102个·mL-1、矿化度≤7000mg-1时，调驱体系成胶性较好。

调驱；弱凝胶；水质；成胶性能

调驱技术是在充分调剖堵水，最大限度地提高注入水的波及系数的基础上进行有限度的三次采油。辽河油田高18块经过多年注水开发，存在储层非均质性强，纵向吸水不均；油水流度比大，水窜严重等问题，需要实施调驱改善开发效果，凝胶类调驱是一项被广泛应用并已较成熟的技术，而现用的弱凝胶体系成胶性能受区块水质［1-3］影响严重，弱凝胶调驱的效果不理想，调驱剂不能有效成胶严重影响了调驱效果，因此需要对影响因素进行分析。目前，国内外学者对于水质对聚丙烯酰胺溶液粘度的影响有很多的研究［4-6］，而对水质对凝胶体系的影响却少有分析，因此，有必要进行水质对弱凝胶调驱体系的实验研究。本文根据弱凝胶驱油机理并结合高18块的实际情况，在室内对调驱体系的配方进行了优化，对水质中影响因素进行了系统的分析研究。

1　实验部分

1.1仪器、药品

搅拌器、恒温箱、真空泵、粘度计BROOKFIELD DV-Ⅱ+PRO。

聚合物，交联剂为现场提供，蒸馏水，CaCl2，MgCl2，NaCl，NaHCO3。

1.2实验温度

室内温度25℃，水浴、恒温箱温度65℃。

1.3实验步骤

（1）配制不同的弱凝胶体系并进行编号，室温下测量初始粘度；（2）间隔4h测量粘度后，将交联体系放入恒温箱；（3）每隔6～12h在恒温水浴下测一次粘度至72h；（4）后隔2～3d观察配方体系粘度状况。

2　实验方案

（1）确定聚合物浓度，改变交联剂浓度配置调驱体系，测定成胶性能。（2）确定交联剂浓度，改变聚合物浓度配置调驱体系，测定成胶性能。（3）固定固相颗粒粒径，改变固相颗粒浓度配置调驱体系，测定成胶性能。（4）以不同的含油量的实验用水配制调驱体系，测定成胶性能；（5）使用不同SRB含量的实验用水配制调驱体系，测定成胶性能；（6）使用不同矿化度的实验用水配制调驱体系，测定成胶性能。

3　结果及分析

3.1聚合物浓度的优化

聚合物浓度太高，溶液的初始粘度过大，不利于现场注入，聚合物浓度太低，体系有可能不发生交联，因而应选择合适的聚合物浓度。

图1　不同聚合物浓度调驱体系粘度图与时间关系曲线Fig.1　Gel Performance under Different concentration of polymer

从图1中可以看出，调驱体系在室温下较为稳定，粘度在34～290mPa·s左右。65℃条件下，交联剂浓度为2000mg·L-1聚合物浓度为1000mg·L-1时，不能成胶。其余体系均能成胶，但成胶强度相差比较大在11696～39672mPa·s之间。

图2为成胶强度与聚合物浓度的关系曲线。

图2　不同聚合物浓度调驱体系成胶强度Fig.2　Gel strength curve

交联剂浓度相同时，成胶强度随着聚合物浓度的增加而增加，在聚合物浓度超过2000mg·L-1之后增长减缓，且交联剂浓度为2000mg·L-1的调驱体系比交联剂浓度为1500mg·L-1的调驱体系成胶强度高。

聚合物浓度和交联剂浓度超过1500mg·L-1的调驱体系均能成胶，成胶强度可以达到调驱的要求，但交联剂浓度超过2500mg·L-1时，成胶速度加快，不利于现场施工，聚合物浓度低于1500mg·L-1的调驱体系成胶性差，无法达到调驱要求；因此建议调驱体系的聚合物浓度范围在1500～2000mg· L-1，交联剂浓度的范围在1500～2500mg·L-1。

3.2交联剂浓度的优化

交联剂用量的增加，终凝时间缩短，凝胶粘度增大，聚合物分子既有分子间交联又有分子内部交联，交联密度大。交联剂浓度过低，凝胶成胶性变差，交联剂浓度过高，成胶时间变短，这会导致注入压力大、施工半径小，不宜深度调驱［7］。因此，应选择合适的交联剂用量。

图3　不同交联剂浓度调驱体系粘度与时间关系曲线Fig.3　Gel Performance under Different Concentration of Cross-linking

各调驱体系在室温下稳定，聚合物浓度为2000mg· L-1的体系粘度均在120mPa·s左右，聚合物浓度为1500mg·L-1的调驱体系粘度为60mPa·s左右。在65℃条件下，体系均能成胶，但成胶强度相差较大，其中聚合物浓度为2000mg·L-1，交联剂为1000mg· L-1的调驱体系随着时间的增加，粘度增长缓慢，成胶强度最低，仅在3000mPa·s左右。其余各体系在聚合物浓度一定的条件下，随着交联剂浓度的增加，调驱体系粘度逐渐增长，成胶速度逐渐加快，成胶强度均大于10000mPa·s，其中交联剂浓度为3000mg·L-1时，成胶强度超过40000mPa·s。在聚合物浓度一定的条件下，交联剂浓度对体系的成胶强度影响还是比较大的。图4为聚合物浓度一定时，成胶强度与交联剂浓度的关系曲线。

图4　不同交联剂浓度调驱体系成胶强度Fig.4　Gel strength curve

由图4可见，聚合物浓度相同时，成胶强度随着交联剂浓度的增加而增加，在交联剂浓度超过2000mg·L-1之后增长减缓。聚合物浓度为2000mg· L-1的调驱体系比聚合物浓度为1500mg·L-1的调驱体系成胶强度高。

3.3固相颗粒粒径及含量对成胶的影响

悬浮固体也就是人们常说的机械杂质，通常是指水中不溶解而又存在于水中且不能通过过滤器的物质［8］。注入水中悬浮固相的含量及其大小是影响注入水水质的重要指标，是造成地层伤害的重要因素。

图5　不同固含量调驱体系粘度与时间关系曲线（粒径3μm）Fig 5　The Gel Performance under Different Concentration of Suspended Particle（Median Diameter=3μm）

从图5中可以看出，粒径为3μm时，初始12h内各体系在室温下的粘度测量结果较为平稳，在100mPa·s左右。12h后转为65℃条件下存储，随着时间的推移，粘度长幅较大。各调驱体系在48～60h左右达到粘度最大值，最终趋于平稳。当粒径分别为5和8μm时，曲线变化趋势相同（图线省略）。在粒径相同的条件下，随着固相含量的增加，体系最终稳定的粘度逐渐下降，但均能成胶，且成胶强度均在17000mPa·s以上，能够达到调驱要求的。当粒径分别为5和8μm时，曲线变化趋势相同。

图6为上述各调驱体系成胶强度与固相颗粒含量的关系曲线。

图6　成胶强度与固相颗粒含量关系曲线Fig.6　Gel Strength Curve

在固相颗粒粒径相同时，体系的成胶强度随着固相颗粒含量的增加逐渐下降，达到10mg·L-1下降速度逐渐减弱；相同固含量时，粒径增大时，最大成胶强度有所下降，固含量超过20mg·L-1后，下降幅度变缓。

3.4矿化度对成胶的影响

根据高18块采出水和地层水的水质分析结果，配制不同矿化度的模拟水，分别配制成聚合物浓度为和交联剂浓度均为2000mg·L-1的调驱体系，进行粘度测定。

图7　不同地层水矿化度下调驱体系粘度与时间关系曲线Fig.7　Gel Performance under Different mineralization of Formation Water

图7是不同地层水矿化度下调驱体系粘度与时间的关系曲线，实验结果可知，各调驱体系在室温下的粘度测量结果较为平稳，均在100mPa·s左右。65℃条件下，随着时间的增加，浓度为15228.6 和7614.3mg·L-1调驱体系大体成下降趋势，均未见成胶；浓度为2538.1和5076.2mg·L-1的调驱体系粘度增加，在60h左右达到最大值，成胶强度分别达到39000和8000mPa·s。

图8是采出水矿化度配制的各矿化度水配制的调驱体系与时间的关系曲线。

图8　不同采出水矿化度下调驱体系粘度与时间关系曲线Fig.8　The Gel performance under different mineralization of Produced Water

在初始12h内，浓度为2311.8mg·L-1的调驱体系在室温下粘度大幅度增长，其余各调驱体系在室温下的粘度测量结果较为平稳。12h后转为65℃条件下存储，随着时间的增加，浓度为2311.8mg·L-1的调驱体系粘度大幅度增加，在48h左右达到最大强度，之后趋于平稳；浓度为4623.6mg·L-1的调驱体系粘度在36h达到最大值后趋于平稳；浓度为6935.4mg·L-1的调驱体系在65℃条件下变化缓慢，60h左右达到最大值；浓度为9247.2mg·L-1的调驱体系在24h达到最大值后粘度逐渐下降，终未见成胶。

因此，随着矿化度的增加调驱体系的成胶强度降低，在地层水矿化度超过7000mg·L-1后出现不成胶或成胶强度低的现象。

3.5不同油含量对成胶的影响

含油量分别为5、10、15、20mg·L-1调驱体系在室温下的粘度测量结果较为平稳，均在120mPa·s左右。65℃条件下，随着时间的增加，粘度长幅较大。各体系强度差异不大，成胶强度在33800mPa·s以上，含油量对弱凝胶成胶性能影响不大。

3.6不同SRB菌含量对成胶的影响

使用不同SRB含量（25、50、102个·mL-1）的模拟采出水配制调驱体系，进行粘度测定。室温下的粘度测量结果较为平稳，均在120mPa·s左右。65℃条件下存储，随着时间的增加，粘度长幅较大但各体系强度差异不大，成胶强度在33000mPa·s以上，符合调驱要求。

4　结论与建议

（1）建议调驱体系的聚合物浓度范围在1500～2000mg·L-1，交联剂浓度的范围在1500～2500mg·L-1。

（2）配液水中固相颗粒的粒径、含量均对调驱体系的成胶性能有影响，粒径越大、含量越高成胶性能变差，但是均能成胶，而且具有一定的成胶强度。配液用水应满足悬浮颗粒含量小于等于30mg· L-1、悬浮颗粒粒径中值小于等于8μm。

（3）含油量小于等于20mg·L-1、SRB含量小于等于102个·mL-1时对调驱体系的成胶性能没有影响。

（4）矿化度对调驱体系的成胶性能影响很大，随着矿化度增加、调驱体系的成胶性能变差，当矿化度达到7000mg·L-1时该体系不能成胶。

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Research on the influence factors of water quality on gel profile control and flooding system property

GAO Ben-cheng1，YAN Bing-xu1，ZHAO Jia-guo3
（1.Gaosheng Oil Extraction Plant，Liaohe Oilfield Co.，Petrochina，Panjin 124125，China；2.Key Laboratory of Enhanced Oil Recovery，Ministry of Education，Northeast Petroleum University，Daqing 163318，China）

According to the poor performance of weak gel and bad displacement effect in Gao 18 block of Liao He oil field，we do the research on the recipe optimization of profile control agent，include the concentration of polymer and the concentration of the cross-link.The result shows that the strength of the gel is the most acceptable when the polymer concentration in the gel with range of 1500～2000mg·L-1，and the cross-linking with range of 1500～2500mg·L-1.At the same time，by studying the influence factors of weak gel system，the gel would have the best performance when the water quality should meet the following requirements：suspended solid particles concentration≤30mg·L-1，median diameter≤8μm，suspended oil concentration≤20mg·L-1，SRB≤102·mL，mineralization degree≤7000mg·L-1.

profile control flooding；weak gel；water quality；gelling property

TE357

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20160741

2016-03-29

国家重大科学仪器设备开发专项（2013YQ24042102）

高本成（1966-），男，高级工程师，1989年毕业于大庆石油学院石油工程专业，1999年获大庆石油学院石油工程硕士，主要从事油田开采方面的研究工作。